一种三明治式MEMS器件结构的制作方法

技术特征：

1.一种三明治式mems器件结构，其特征在于，包括衬底电极层(1)、结构层(2)、盖帽层(3)；

衬底电极层(1)通过第一键合层(13)与结构层(2)键合，结构层(2)通过第二键合层(14)与盖帽层(3)键合；衬底电极层(1)上加工若干衬底电极(10)，盖帽层(3)上加工若干盖板电极(8)，结构层(2)上加工质量块(4)、锚区及弹簧梁(5)、激励电极(6)、拾振电极(7)；衬底电极层(1)包括绝缘层(17)、衬底电极(10)、质量块电极引线(9)、激励电极引线(11)、拾振电极引线(12)、衬底层，质量块(4)通过锚区及弹簧梁(5)和质量块电极引线(9)引出，激励电极(6)、拾振电极(7)分别通过衬底电极层(1)上的对应的激励电极引线(11)和拾振电极引线(12)引出；衬底电极(10)、质量块电极引线(9)、激励电极引线(11)和拾振电极引线(12)均与衬底层间设置绝缘层(17)；衬底电极(10)与盖板电极(8)为平面极板，衬底电极(10)与质量块(4)间形成变间隙的电容a，盖板电极(8)与质量块(4)间形成变间隙的电容b，且电容a、电容b的间隙相等，电容a、电容b的面积相等。

2.如权利要求1所述的三明治式mems器件结构，其特征在于，电容a、电容b的间隙的取值范围为1～5μm。

3.如权利要求1或2所述的三明治式mems器件结构，其特征在于，质量块(4)、锚区及弹性梁(5)、激励电极(6)、拾振电极(7)通过干法刻蚀工艺加工制成。

4.如权利要求3所述的三明治式mems器件，其特征在于，激励电极(6)、拾振电极(7)为变面积梳齿状平行板电极或变间距平行板电极。

5.如权利要求4所述的三明治式mems器件，其特征在于，器件工作时，质量块(4)接高电平电压，激励电极(6)、拾振电极(7)、盖板电极(8)、衬底电极(10)接低电平电压，形成电压差；激励电极(6)上另加交流低电平信号，所加交流低电平信号频率等于质量块(4)水平方向谐振固有频率；在激励电极(6)作用下，质量块(4)做水平谐振运动；拾振电极(7)检测质量块(4)谐振运动幅度，并经电路反馈调节激励电极(6)的交流信号大小，实现质量块(4)谐振运动幅度稳定。

6.如权利要求5所述三明治式mems器件，其特征在于，盖板背面焊盘(15)分布在盖板层(3)上，盖板电极(8)通过盖板层(3)、盖板背面焊盘(15)接地；衬底电极(10)的低电平电压可调节，衬底电极(10)与盖板电极(8)共同作用，保证质量块(5)在水平方向运动时，竖直高度不变。

7.如权利要求5所述三明治式mems器件，其特征在于，盖板背面焊盘(15)分布在盖板层(3)上，盖板电极(8)通过盖板层(3)、与盖板背面焊盘(15)接地；衬底电极(10)的低电平电压可调节，衬底电极(10)与盖板电极(8)共同作用，使质量块(4)在竖直方向运动时，其运动中心始终保持在某一特定水平位置；衬底电极(10)检测质量块(4)在竖直方向的运动幅度，在此工作模式下，器件作为水平轴敏感的mems陀螺，用于检测水平方向上输入角速率的大小。

8.如权利要求5所述三明治式mems器件，其特征在于，接触孔(16)内填充导电材料，盖板电极(8)通过接触孔(16)内的导电材料与盖板背面焊盘(15)相连；盖板电极(8)、接触孔(16)内的导电材料、盖板背面焊盘(15)与盖帽层(3)结构间均设置有绝缘层，盖板电极(8)、衬底电极(10)分别作为质量块(4)做竖直方向运动时的驱动电极和拾振电极，盖板电极(8)作为驱动，衬底电极(10)检测质量块(4)在竖直方向的运动幅度；在此工作模式下，利用盖板电极(8)、衬底电极(9)、激励电极(6)、拾振电极(7)，实现多个质量块(4)在各个方向上的运动控制和检测，器件作为多轴mems惯性传感器器件，用于检测各个方向上的输入角速率和加速度大小。

技术总结
本发明涉及一种三明治式MEMS器件结构，包括衬底电极层、结构层、盖板层。衬底电极层通过第一键合层与结构层键合，结构层通过第二键合层与盖帽层键合；衬底电极层上加工若干衬底电极，盖帽层上加工若干盖板电极，结构层上加工质量块、锚区及弹簧梁、激励电极、拾振电极；衬底电极层包括绝缘层等，质量块通过锚区及弹簧梁和质量块电极引线引出，激励电极、拾振电极分别通过衬底电极层上的对应的激励电极引线和拾振电极引线引出；本发明中质量块上下双侧电极结构即三明治式结构的设计，能避免质量块在其与衬底电极间的静电力以及应力的作用下，偏离平衡位置，从而使器件具有更好的一致性和温度稳定性。

技术研发人员：张乐民;刘福民;刘国文;刘宇;杨静;高乃坤;张树伟;梁德春
受保护的技术使用者：北京航天控制仪器研究所
技术研发日：2020.07.14
技术公布日：2020.11.10